JPH05335301A - シリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents

シリコン酸化膜の形成方法

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JPH05335301A
JPH05335301A JP14187492A JP14187492A JPH05335301A JP H05335301 A JPH05335301 A JP H05335301A JP 14187492 A JP14187492 A JP 14187492A JP 14187492 A JP14187492 A JP 14187492A JP H05335301 A JPH05335301 A JP H05335301A
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JP
Japan
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oxide film
temperature
furnace
silicon oxide
treatment
Prior art date
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JP14187492A
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English (en)
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Masae Ota
昌栄 太田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化膜を形成する熱処理炉内で高温水素処理
と酸化膜の形成処理を連続して行い、シリコンウエハ上
に付着する極微細なパーティクル及び自然酸化膜を除去
する。 【構成】 シリコンウエハ上に形成されるシリコン酸化
膜の形成方法において、前記シリコンウエハを炉内へ低
温下で、窒素雰囲気で挿入し、該窒素を水素に置換し、
炉温を高めて高温水素処理を行い、前記水素を不活性ガ
スで置換し、その後、大気に晒すことなく前記炉内にお
いて連続して酸化処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体用シリコンウエ
ハ上の単結晶シリコン又は多結晶シリコンの熱酸化(S
iO2 )膜の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン酸化膜の形成は、以下の
フローに従って行なわれている。まず、シリコンウエハ
を用意し、そのシリコンウエハの酸化前洗浄を行い、乾
燥を行った後に、大気中の搬送を行い、ボートへ移載し
て、熱処理炉内へ挿入し、O2 による酸化膜の生成(ド
ライやウェットなどの方式有り)し、炉口へ引出し後、
ボートから取出し、ケースへウエハを移載する。
【0003】ここで、O2 による酸化膜生成の概略シー
ケンスを図2に示す。図2は一般的なシリコン酸化膜の
形成方法のシーケンスであり、温度は膜厚の均一性及び
ウエハの変形(そり)防止を目的にウエハの挿入、引出
時を低温とする。いわゆるランピング方式が採られ、こ
の時の酸化炉内雰囲気は酸素(O2 )又は酸素と窒素
(N2 )の混合ガスが用いられる。酸化膜を生成する高
温(挿入、引出しと同温度の場合もある)時の炉内雰囲
気は酸素(ドライ又はウェット)又は窒素+酸素(ドラ
イ又はウェット)が用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のシリコン酸化膜の形成方法では、洗浄→乾燥後
のシリコンウエハ上に、微細なパーティクルが付着し、
その後、SiO2 膜を形成すると、パーティクルに起因
する劣化が生じる。図3は、洗浄−乾燥を行なった6イ
ンチウエハ表面の付着パーティクルをWIS−8500
(日立製作所製)を用いて測定した1例である。横軸を
パーティクルサイズ(μm)、縦軸はウエハ当たりのパ
ーティクル数(50枚の平均値)であり、この図から明
らかなように、0.2μm以下のパーティクルが多数付
着している。図9にその数値を示す。
【0005】図4はドライO2 雰囲気で酸化膜を形成し
た時の酸化膜耐圧分布を示す図であり、横軸に電界(M
V/cm)、縦軸に破壊率(%)を示している。図4
(a)はドライO2 雰囲気でダイオード面積30mm2
の酸化膜を15(nm)形成した時の酸化膜耐圧分布、
図4(b)はドライO2 雰囲気でダイオード面積30m
2 の酸化膜を4(nm)形成した時の酸化膜耐圧分布
を示しており、パーティクル及び自然酸化膜(通常1〜
2nm)等が原因で通常AモードやBモードと呼ばれる
耐圧劣化が発生するため、歩留り低下や信頼性が低下す
るという問題点があった。
【0006】これらの詳細の1例として、例えば、「自
然酸化膜を科学する」,ウルトラクリーンテクノロジ
ー,P.22〜28,森田 瑞穂 外1名、「自然酸化
膜を科学する」,ウルトラクリーンテクノロジー,P.
29〜34,服部 健雄などに記載されるものがあっ
た。本発明は、以上述べたシリコンウエハ上に付着する
極微細なパーティクルと自然酸化膜を除去するため、酸
化膜を形成する熱処理炉内で、高温水素処理と酸化膜の
形成処理を連続して行う、優れたシリコン酸化膜の形成
方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、シリコンウエハ上に形成されるシリコン
酸化膜の形成方法において、前記シリコンウエハを炉内
へ低温下で、窒素雰囲気で挿入し、該窒素を水素に置換
し、炉温を高めて高温水素処理を行い、前記水素を不活
性ガスで置換し、その後、大気に晒すことなく前記炉内
において連続して酸化処理を行うようにしたものであ
る。
【0008】
【作用】本発明によれば、上記したように、高温水素処
理によって微細なパーティクル及び自然酸化膜を除去す
るようにしたので、その後、生成するシリコン酸化膜が
極めて欠陥の少ない膜に仕上がるため、歩留まりが向上
し、高信頼性のデバイス製造を行うことができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の第1の実施例を示すシリコン酸化
膜の形成方法を示す図であり、温度プロファイルとそれ
に伴う炉内ガス雰囲気を示している。まず、シリコンウ
エハの挿入時には、ドライN2 雰囲気で低い温度(例え
ば、800℃)とし、昇温時にドライN2 をH2 に置換
する。そこで、高温(例えば、1000〜1200℃)
下で水素処理を行い、その後、H2 を不活性ガスである
2 に置換する。そこで、高温のまま、N2 をO2 へ置
換、N2 +O2 又はN 2 +ウェットO2 により、酸化処
理を行い、その後は、従来のように、降温して、低温と
し、ドライO2 又はO2 +N2 雰囲気でシリコンウエハ
を引き出す。
【0010】このように、この実施例の特徴は、水素処
理後、高温のまま窒素(不活性ガスなら窒素以外でも
可、例えば、Ar,He)置換し、その後、酸化雰囲気
にして所定のSiO2 膜厚を得るようにしたものであ
る。図5は本発明の第2の実施例を示すシリコン酸化膜
の形成方法を示す図であり、温度プロファイルとそれに
伴う炉内ガス雰囲気を示している。
【0011】この図に示すように、まず、シリコンウエ
ハの挿入時には、ドライN2 雰囲気で低温とし、ドライ
2 をH2 に置換し、昇温を行い、高温で水素処理を行
うと一度降温する。そこで、低温状態で、H2 をO2
はH2 を、N2 +O2 にガス置換し、その後、昇温し
て、高温状態で、O2 (ドライあるいはウェット)又は
2 +O2 (ドライあるいはウェット)により、酸化処
理を行う。そこで、降温して低温下で、O2 、N2 又は
2 +O2 雰囲気でシリコンウエハを引き出す。
【0012】なお、この場合、水素処理及び酸化処理時
には、1100〜1200℃の高温とし、例えば、15
nmの膜厚のシリコン酸化膜を形成する。また、ここで
は、RTO(ラピット・サーマル・オキシレーション)
により、温度の制御を容易にすることが望ましい。この
ように、この実施例の特徴は、高温水素処理後に安全性
の向上とシリコン窒化膜の生成防止を目的に、一度低温
にして窒素置換を行い、その後、酸化雰囲気にして、所
定のSiO2 膜厚(厚めの膜厚を得るのに適している)
を得るようにしたものである。
【0013】図6は本発明の第3の実施例を示すシリコ
ン酸化膜の形成方法を示す図であり、温度プロファイル
とそれに伴う炉内ガス雰囲気を示している。この図に示
すように、まず、シリコンウエハの挿入時には、ドライ
2 雰囲気で低温とし、ドライN2 をH2 に置換し、昇
温を行い、高温で水素処理を行うと一度降温する。そこ
で、低温状態で、H2 をO2 又はH2 をN2 +O2 にガ
ス置換し、その後、昇温して、高温状態で、O2 (ドラ
イあるいはウェット)又はN 2 +O2 (ドライあるいは
ウェット)により、酸化処理を行う。そこで、降温して
低温下で、O2 、N2 又はN2 +O2 雰囲気でシリコン
ウエハを引き出す。
【0014】図6に示すように、第3の実施例における
高温水素処理は高温、例えば1200℃程度で行い、そ
の後、一度温度を下げ、酸化処理時に温度を上げるが、
その酸化温度は水素処理時の温度よりは少し下げる(例
えば、N2 +O2 雰囲気で、膜厚15nmを形成する場
合、900℃とし、また、N2 +O2 雰囲気で、膜厚4
nmを形成する場合、850℃とする)。
【0015】このようにして、酸化雰囲気にて所定のS
iO2 膜厚を得ることができる。また、ここでも、RT
O(ラピット・サーマル・オキシレーション)により、
温度の制御を容易にすることが望ましい。図7は本発明
を適用したシリコン酸化膜上のパーティクルサイズとパ
ーティクル個数の関係を示す図であり、図5及び図6に
示すA点において、計測したものである。ここで、横軸
はパーティクルサイズ(μm)、縦軸はウエハ当たりの
パーティクル数(50枚の平均値)を示している。
【0016】図8は本発明を適用して得られたシリコン
酸化膜の耐圧分布を示す図である。この図において、横
軸に電界(MV/cm)、縦軸に破壊率(%)を示して
いる。図8(a)はドライO2 +N2 雰囲気で900℃
でダイオード面積30mm 2 の酸化膜を15(nm)形
成した時の酸化膜耐圧分布、図8(b)はドライO 2
2 雰囲気で850℃でダイオード面積30mm2 の酸
化膜を4(nm)形成した時の酸化膜耐圧分布を示して
いる。
【0017】図7から明らかなように、従来のものに比
して、極微細なパーティクルが減少しており、また、本
発明のように、高温水素処理後、不活性ガスに置換し、
大気に晒すことなく連続して形成されたシリコン酸化膜
の耐圧を測定した結果、図8に示すように、極めて良好
な特性が得られた。なお、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形
が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
【0018】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、高温水素処理によって微細なパーティクル及び
自然酸化膜を除去するようにしたので、その後、生成す
るシリコン酸化膜が極めて欠陥の少ない膜に仕上がるた
め、歩留まりが向上し、高信頼性のデバイス製造を行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すシリコン酸化膜の
形成方法を示す図である。
【図2】従来のシリコン酸化膜の形成方法を示す図であ
る。
【図3】従来のシリコン酸化膜上のパーティクルサイズ
とパーティクル個数の関係を示す図である。
【図4】従来のシリコン酸化膜の耐圧分布を示す図であ
る。
【図5】本発明の第2の実施例を示すシリコン酸化膜の
形成方法を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施例を示すシリコン酸化膜の
形成方法を示す図である。
【図7】本発明を適用したシリコン酸化膜上のパーティ
クルサイズとパーティクル個数の関係を示す図である。
【図8】本発明を適用して得られたシリコン酸化膜の耐
圧分布を示す図である。
【図9】従来のシリコン酸化膜及び本発明のシリコン酸
化膜上のパーティクルサイズとパーティクル個数を示す
図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンウエハ上に形成されるシリコン
    酸化膜の形成方法において、 (a)前記シリコンウエハを炉内へ低温下で、窒素雰囲
    気で挿入し、 (b)該窒素を水素に置換し、炉温を高めて高温水素処
    理を行い、 (c)前記水素を不活性ガスで置換し、 (d)その後、大気に晒すことなく前記炉内において連
    続して酸化処理を行うことを特徴とするシリコン酸化膜
    の形成方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のシリコン酸化膜の形成方
    法において、前記高温水素処理後に炉温を下げて、ガス
    置換を行い、再び高温にして酸化処理を行うことを特徴
    とするシリコン酸化膜形成方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のシリコン酸化膜の形成方
    法において、前記高温水素処理を前記酸化処理よりも高
    温下で行うことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方
    法。
JP14187492A 1992-06-03 1992-06-03 シリコン酸化膜の形成方法 Withdrawn JPH05335301A (ja)

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Effective date: 19990803